35 kV主變壓器高壓側后備保護誤動作事故分析

黃興，楊琳琳，韓濤，王寧

（國網山東省電力公司萊蕪供電公司，山東萊蕪271100）

35 kV主變壓器高壓側后備保護誤動作事故分析

黃興，楊琳琳，韓濤，王寧

（國網山東省電力公司萊蕪供電公司，山東萊蕪271100）

某35 kV變電站一10 kV出線故障，造成1號主變壓器高壓側后備保護誤動作跳開10 kV高壓側后備保護分段開關。通過理論計算及定值分析，發現保護越級動作的主要原因是主變壓器高壓側后備保護定值設置不合適。當負荷電流較大時，有可能出現主變壓器高壓側后備保護先于線路保護動作的情況。

主變壓器；高壓側后備保護；相間短路；定值

0　引言

高壓側復合電壓閉鎖方向過電流保護因外部相間短路引起的過電流而動作，它可作為變壓器內部相間短路故障時差動保護和瓦斯保護的后備保護，也可作為其他側的后備保護［1］。繼電保護裝置必須滿足可靠性、選擇性、速動性、靈敏性的基本要求，正確而合理的整定計算是實現上述要求的關鍵，是繼電保護裝置正確發揮作用，保障電氣設備安全，維持電力系統穩定運行的基礎。結合一起變壓器高壓側后備保護誤動作事故，分析保護定值選取原理，為類似故障提供分析和處理思路。

1　故障經過

2014-07-18，某35 kV變電站一10 kV出線故障，造成1號主變壓器高壓側后備保護動作跳開10 kV分段開關，損失部分負荷。該35 kV系統為單母接線方式，10 kV系統為單母分段接線方式，35 kV 11開關通過1號主變壓器帶10 kVⅠ、Ⅱ段母線負荷，2號主變壓器熱備用。10 kVⅠ段母線帶63、65、67開關運行，10 kVⅡ段母線帶64、66、68、610開關及一組電容器運行，如圖1所示。

圖1　某35 kV變電站一次系統圖

15∶46∶47.523，1號主變壓器高壓側后備保護過流I段保護啟動，啟動值Ic=3.42 A；15∶46∶47.873，10 kV 67開關過流Ⅱ段保護啟動，啟動值Ic=6.08 A；15∶46∶48.323，1號主變壓器高壓側后備保護過流I段保護動作，動作值Ic=4.04A；15∶46∶48.373，10 kV 67開關過流Ⅱ段保護動作，動作值Ic=6.4A；15∶46∶49.413，10 kV 67開關重合閘動作。

2　分析及處理

2.1保護定值及變比

1號主變壓器高壓側后備保護、低壓側后備保護及10 kV 67開關定值分別如表1～3所示。

表1　1號主變壓器高壓側后備保護定值

表2　1號主變壓器低壓側后備保護定值

表3　10 kV 67開關保護定值

2.2原因分析

現場檢查其他運行線路未發現故障信息，檢查站內一次設備未發現明顯故障點，初步判斷67開關故障是導致1號主變壓器保護動作的主要原因。通過現場裝置故障信息判斷為BC相間故障?，F以圖2所示Yd11接線的降壓變壓器為例，分析低壓側（三角形）發生B、C兩相短路時在高壓側（星形）的各相電流關系。

圖2　短路電流示意圖

由此可求出

根據變壓器的工作原理［3］，有

將式（2）代入式（3），可得

據式（4），將67開關過流Ⅱ段定值歸算至主變壓器高壓側，有

可見，將67開關過流Ⅱ段定值歸算至主變壓器高壓側后，已非常接近主變壓器高壓側后備保護定值3.3 A。因此，在其他線路負荷較大的情況下，負荷電流加上67開關短路電流可能出現達不到67開關過流Ⅱ段定值而達到主變壓器高壓側后備保護定值的情況，從而導致保護誤動。

如本故障中15∶46∶48.373，10 kV 67開關過流Ⅱ段保護動作，動作值I=6.4 A。代入式（4），歸算至主變壓器高壓側后可得

即10 kV 67開關過流Ⅱ段保護動作時，電流已超過主變壓器高壓側后備保護動作定值。

從啟動時間上看，1號主變壓器高壓側后備保護保護比67開關早啟動350 ms，可以推斷該段時間內67開關的故障電流未達到67開關過流Ⅱ段定值，但其與負荷電流疊加達到了1號主變壓器高壓側后備保護電流定值，致使1號主變壓器高壓側后備保護啟動。

根據上述分析，結合圖3所示保護動作時序圖，保護動作過程可描述如下：某刻，67開關BC相間故障，而故障電流尚未達到67開關過流Ⅱ段定值，故67開關保護未啟動，但此時67開關故障電流與其他出線負荷電流的疊加達到了1號主變壓器高壓側后備保護過流I段定值，致使1號主變壓器高壓側后備保護過流保護I段啟動；350 ms后，67開關故障電流發展至超過過流Ⅱ段定值，67開關過流Ⅱ段保護啟動；800 ms后，達到1號主變壓器高壓側后備保護過流I段I時限（800 ms），保護動作，并跳開低壓側分段開關，但由于67開關運行于Ⅰ段母線，故障并未切除；850 ms后達到67開關過流Ⅱ段動作時限（500 ms），保護動作，67開關跳閘。

圖3　保護動作時序圖

文獻［4］對變壓器相間短路后備保護要求為：作為變壓器相間短路后備保護的過電流保護為保證選擇性，其動作電流應能躲過可能流過變壓器的最大負荷電流，即

式中：Krel為可靠系數，取1.2～1.3；Kr為返回系數，取0.85～0.95；na為TA變比系數；IL.max為最大負荷電流。

最大負荷電流可按以下情況考慮并取其最大者：1）對并列運行的變壓器，應考慮容量最大的一臺變壓器斷開后引起的過負荷電流。2）當降壓變壓器低壓側接有大量異步電動機時，應考慮電動機的自啟動電流。3）對兩臺分裂運行的降壓變壓器，在負荷側母線分段斷路器上裝有備用電源自動投入裝置時，應考慮備用電源自動投入后負荷電流的增加。4）與下一級過電流保護相配合，則

式中：I′op為分段斷路器或與之相配合的饋線過電流保護的動作電流；Im.L.max為本變壓器所在母線段的正常運行最大負荷電流。

本次故障中并不滿足與下一級過電流保護相配合的要求，因此出現了主變壓器高壓側后備保護誤動的情況。

2.3處理措施

67開關故障本應由該線路本身跳閘，但由于故障點距離較遠或短路阻抗較大等原因，導致故障電流沒能在故障之初就達到67開關過流保護定值；另一方面主變壓器高壓側后備保護定值偏低導致主變壓器高壓側后備保護先于10 kV出線保護動作，從而沒有保證其選擇性，擴大了事故范圍。應考慮在靈敏度允許的基礎上適當提高主變壓器高壓側后備保護定值。如果靈敏度不滿足要求，可通過投入復合電壓閉鎖邏輯，以保障極端情況下故障時保護裝置動作的選擇性。

3　結語

通過對某35 kV變電站一起事故跳閘分析，詳細介紹了10 kV出線過流保護與主變壓器高壓側后備保護定值之間的關系，并查找出主變壓器高壓側后備保護越級動作的原因，制定出相應的整改方案。由此可以看出主變壓器高壓側后備保護保護雖具有靈敏系數高的優點，但也因此存在誤動的可能，在整定計算中應予以注意。

［1］張保會，尹項根.電力系統繼電保護［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］于永源，楊綺雯.電力系統分析［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［3］劉錦波，張承慧.電機與拖動［M］.北京：清華大學出版社，2007.

［4］DL/T 684—1999大型發電機變壓器幾點保護整定計算導則［S］.

Malfunction Analysis of High Voltage Side Backup Protection for 35 kV Transformer

HUANG Xing，YANG Linlin，HAN Tao，WANG Ning
（State Grid Laiwu Power Supply Company，Laiwu 271100，China）

A 10 kV line fault in 35 kV substation caused mal-operation of the high voltage side backup protection of No.1 main transformer，consequently，the 10 kV section switch is tripped abnormally.Theoretical calculation and fixed value analysis indicate that improper setting value of main transformer high voltage side backup protection is the main reason of the override tripping.High voltage side backup protection may act earlier than line protection when the load current is large enough.

main transformer；high voltage side backup protection；phase-to-phase faults；fixed value

TM772

B

1007－9904（2015）10－0074－03

2015-06-27

黃興（1987），男，工程師，從事繼電保護工作。